PEMBUATAN PEMANAS AIR MANDI DENGAN SUMBER ACCUMULATOR DAN MENGGUNAKAN SENSOR INFRA RED.

(1)

Dean Sadewa Arvan, 2012

Pembuatan Pemanas Air Mandi Dengan Sumber Accumulator Dan Menggunakan Sensor Infra Red Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

iv

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL

LEMBAR PENGESAHAN

ABSTRAKSI

KATA PENGANTAR ... i

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFAR TABEL ... ix

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. LatarBelakang ... 1

1.2 PerumusanMasalah ... 2

1.3. PembatasanMasalah ... 2

1.4. TujuanPembuatanProyekAkhir ... 2

1.5. ManfaatPembuatanProyekAkhir ... 3

1.6. MetodologiPenulisan ... 3

1.7.SistematikaPenulisan ... 4

BAB II LANDASAN TEORI ... 6

2.1. Rectifier ... 6

(2)

Dean Sadewa Arvan, 2012

v

2.1.2. RangkaianPenyearahGelombangPenuh ... 7

2.1.3. RangkaianPenyearah Bridge ... 9

2.2. Inverter ... 10

2.2.1. PrinsipKerja Inverter ... 11

2.2.2. Inverter SetengahGelombang ... 13

2.2.3. Inverter GelombangPenuh ... 15

2.3.Saklar ... 15

2.4. Fuse (Sekring) ... 17

2.5. KomponenElektronika ... 18

2.5.1. Resistor ... 18

2.5.2. Kapasitor ... 20

2.5.3. Integrated Circuit (IC) ... 22

2.5.4. Dioda ... 22

2.5.5. Transistor ... 24

2.6. SumberTegangan ... 26

2.7. Heater... 28

2.7.1. PrinsipKerja Heater... 30

2.8. Transformator ... 30

2.8.1. PrinsipKerjaTransformator ... 31

2.9. Sensor ... 33

2.9.1. Sensor infra red ... 35

2.9.2 Tranducer ... 40

(3)

Dean Sadewa Arvan, 2012

vi

2.10.1 Berdasarkancarakerja... 42

2.10.2 Berdasarkankonstruksi... 42

BAB III METODE PEMBUATAN ... 43

3.1. TujuanPembuatan ... 43

3.2. Metode Pembuatan ... 44

3.3 Tujuan Pengukuran ... 44

3.4. SpesifikasiAlat ... 45

3.5. Diagram Blok ... 47

3.6. PrinsipKerjaAlat ... 48

3.7. Rangkaian Yang Digunakan ... 49

3.7.1. Transformator Step-Down . ... 49

3.7.2 Rangkaian Charger ... 50

3.7.3. Rangkaian Inverter ... 54

3.7.4 Thermocoupel ... 56

3.7.5 Water Heater ... 57

3.7.7 Sensor infra red Transmitter dan Receiver ... 58

3.7.8 Metode Pengukuran ... 59

3.7.9 Alat Yang Digunakan ... 60

3.7.10 Langkah Pengukuran ... 60

3.7.11 Pengukuran Alat ... 60

3.7.12 Pengukuran Battery Charger ... 61

(4)

Dean Sadewa Arvan, 2012

vii

3.7.14 Pengukuran Inverter ... 63

3.7.15 Pengukuran Inverter Tanpa Beban ... 64

BAB IV HASIL DAN PEMBUATAN ... 60

4.1. Hasil Benda Yang Dibuat ... 60

4.2. Hasil Pengukuran ... 60

4.3. Pembahasan ... 63

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 71

5.1. Kesimpulan ... 71

5.2. Saran-saran ... 71

DAFTAR PUSTAKA

(5)

Dean Sadewa Arvan, 2012

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Rangkaian Penyearah Half Wave ... 6

Gambar 2.2.BentukGelombangRangkaianPenyearah Half Wave ... 7

Gambar 2.3.RangkaianPenyearah Full Wave... 7

Gambar 2.4.BentukGelombangdariPenyearah Full Wave ... 8

Gambar 2.5.RangkaianPenyearahSetengahGelombangdenganKapasitor... 8

Gambar 2.6. (a) RangkaianPenyearahGelombangPenuhSistemJembatan; (b) Sinyal Input; (c) ArusDiodadanArusBeban ... 10

Gambar 2.7.PrinsipKerja Inverter... 12

Gambar2.8.(a) Rangkaian Inverter SetengahGelombang; (b) BentukGelombangdari Inverter SetengahGelombang ... 13

Gambar 2.9. Inverter GelombangPenuh ... 15

Gambar 2.10. Simbol Saklar Tunggal. ... 16

Gambar 2.11. Simbol Saklar Ganda ... 16

Gambar 2.12.Simbol Resistor... 19

Gambar 2.13.PosisiWarnapada Transistor ... 20

Gambar 2.14.Simbol Kapasitor ... 21

Gambar 2.15.SimbolDioda ... 23

Gambar 2.16.Transistor ... 25

Gambar 2.17. Accumulator ... 27

(6)

Dean Sadewa Arvan, 2012

ix

Gambar 2.19.Bagian-BagianTransformator ... 31

Gambar 2.20.SkemaTransformator... 31

Gambar 2.21.HubunganTegangan Primer danSekunder... 32

Gambar 2.22 Led Infrared ... 38

Gambar 2.23 Gambaran umum masukan keluaran Tranduser ... 41

Gambar 3.1.Blok Diagram Power ... 48

Gambar 3.11 Blok Diagram Control ... 48

Gmabar 3.2. Trafo yang di pakai ... 50

Gambar 3.3. Pengisian Battery ... 51

Gambar3.4.Rangkaian Charger ... 51

Gambar 3.5.Rangkaian Inverter... 54

Gambar 3.6. inverter ... 55

Gambar 3.7. Sensor Termocouple ... 56

Gambar 3.8. Water Heater... 57

Gambar 3.9. Rangakain heater ... 58

Gambar 3.10. Sensor Infra red ... 58

Gambar3.11. Rangkaian Transmitter dan Receiver ... 59

Gambar 3.12 Pengukuran Battery Charger tanpa Accumulator ... 61

Gambar 3.13 PengukuranBattery Charger dengan Accumulator ... 62

Gambar 3.14 Pengukuran Accumulator tanpaBerbeban ... 63

Gambar 3.15 Pengukuran Accumulator Berbeban ... 63

Gambar 3.16 Pengukuran Inverter tanpa Beban ... 64

(7)

Dean Sadewa Arvan, 2012

x

Gambar 4.1.Gambar Hasil Pembuatan Alat ... 6

DAFTAR TABEL Tabel 2.1.DaftarnilaiWarnaGelangpadaSebuah Resistor ... 19

Tabel3.1.Pengukuran Battery Charger tanpa Accumulator ... 61

Tabel3.2.Pengukuran Accumulator tanpa Beban ... 62

Tabel3.3.Pengukuran Inverter TanpaBeban ... 64

Tabel 4.2.1.Pengukuran Battery Charger denganAccumulator ... 66

Tabel 4.2.2Pengukuran Accumulator Berbeban ... 67

Tabel 4.2.3.Pengukuran InverterBerbeban. ... 67

Tabel4.2.4.Pengukuran Heater dengan sumber 220 V AC ... 68

(8)

Dean Sadewa Arvan, 2012

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Mandi dengan menggunakan air hangat memang sangat nyaman,

khususnya didaerah dingin. Mandi air hangat juga sudah menjadi kebutuhan

semua keluarga dari mulai bayi hingga orang tua, baik untuk kenyamanan maupun

kesehatan. Oleh karena itu sekarang ini sudah banyak tempat umum yang

melengkapi fasilitasnya dengan menggunakan fasilitas air hangat. Seperti

misalnya di hotel, tempat spa, salon, dan masih banyak lagi. Namun demikian saat

ini masih banyak rumah tangga yang belum menggunakan alat pemanas air,

utamanya karena pertimbangan energi yang tinggi maupun nilai keamanan

penggunaannya. Kebanyakan hanya untuk masyarakat yang dirumahnya

terpasang daya listrik cukup besar.

Pada proyek akhir ini, penulis mencoba menerapkan ilmu yang telah

dipelajari diperkuliahan dengan merancang bangun suatu alat yang menggunakan

rectifier, inverter, dan accumulator, sehingga sumber daya yang digunakan untuk

pemanas air dapat digunakan dari accumulator.

Dengan ini, masyarakat yang mempunyai daya kecil dirumahnya juga

dapat menggunakan pemanas air tanpa menggunakan sumber listrik dari PLN

(9)

Dean Sadewa Arvan, 2012

2

1.2 Perumusan Masalah

Berdasarkan pendahuluan diatas pembahasan dilaksanakan lebih terarah

pada tujuan yang hendak dicapai, maka permasalahannya dapat dirumuskan

sebagai berikut :

 Prinsip dasar rectifier dan rangkaian rectifier

 Prinsip dasar inverter dan rangkaian inverter

 Perancangan dan pembuatan inverter

1.3 Pembatasan Masalah

Untuk memfokuskan arah dan masalah yang jelas demi tercapainya

tujuan dari mata kuliah Tugas Akhir ini, maka dilakukan pembatasan terhadap

masalah yang akan diungkap. Penulis akan membatasi masalah yang akan dibahas

Perencanaan sistem pemanas air mandi dengan sumber battery (accumulator)

 Rectifier yang digunakan sebagai penyearah terdapat pada rangkaian

charger battery yang berfungsi juga sebagai pengisi battery apabila battery

kosong

 Inverter yang digunakan mempunyai sumber listrik dari battery

(accumulator)

1.4 Tujuan Pembuatan Proyek Akhir

Pada pembuatan proyek akhir ini, penulis mempunyai tujuan, yaitu

merancang suatu alat pemanas air mandi yang dapat digunakan tanpa sumber

listrik, tetapi menggunakan sumber accumulator, sehingga sumber daya yang

(10)

Dean Sadewa Arvan, 2012

3 penting pemanas air mandi ini tidak bergantung pada sumber listrik PLN yang

sewaktu-waktu dapat terputus.

1.5 Manfaat Pembuatan Proyek Akhir

Bagi penulis banyak sekali manfaat yang dirasakan dalam pembuatan

proyek tugas akhir rancang bangun pengisian accumulator pada pemanas air

mandi dengan sumber accumulator ini, beberapa manfaat dari pembuatan tgas

akhir ini di antaranya adalah sebagai berikut :

 Menambah ilmu pengetahuan, wawasan serta pengalaman baru dalam hal

pengembangan bakat dan potensi yang dimiliki.

 Penulis dapat mengaplikasikan pengetahuan yang didapat selama

perkuliahan pada saat melaksanakan proyek tugas akhir.

 Proyek tugas akhir yang dapat bermanfaat dan digunakan di kalangan

masyarakat.

1.6 Metodologi Penulisan

Metodologi penulisan yang penulis lakukan dalam penyusunan tugas akhir

ini yaitu sebagai berikut :

 Identifikasi Masalah

 Studi Literatur

 Observasi Data

 Pengolahan dan Analisis Data

(11)

Dean Sadewa Arvan, 2012

4

1.7 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan dibagi menjadi beberapa bab dan tiap bab berisi

penjelasan tentang hal yang berkaitan dengan masing – masing bab tersebut

sistematikanya adalah :

 BAB I PENDAHULUAN

Bab ini merupakan bagian pendahuluan yang meliputi latar belakang

masalah, tujuan pembuatan proyek akhir, rumusan masalah, batasan

masalah, sistematika penulisan.

 BAB II LANDASAN TEORI

Bab ini berisi tentang teori-teori pendukung tugas akhir yang terdiri dari

uraian alat yang digunakan.

 BAB III PERANCANGAN

Berisi tentang tujuan perancangan, diagram blok alat, skema rangkaian

inverter, komponen-komponen yang digunakan dan perancangan alat.

 BAB IV PENGUKURAN dan ANALISA

Bab ini berisi tentang pengujian dan uji coba dari alat yang telah dibuat.

 BAB V KESIMPULAN dan SARAN

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran yang dikemukakan dari tugas

(12)

Dean Sadewa Arvan, 2012

32 BAB III

PERANCANGAN

3.1 Tujuan Perancangan

Sebagai tahap akhir dalam perkuliahan yang mana setiap mahasiswa wajib

memenuhi salah satu syarat untuk mengikuti sidang yudisium yaitu dengan

pembuatan tugas akhir. Maka untuk memenuhi syarat tersebut, penulis mencoba

menyusun tugas akhir dengan merancang rangkaian charger battery yang

berfungsi sebagai penyearah sekaligus juga sebagai pengisi battery (accumulator),

merancang inverter yang berfungsi sebagai pengubah DC menjadi AC, sehingga

battery (accumulator) dapat digunakan sebagai sumber listrik untuk pemanas air

mandi. Juga merancang rangkaian kontrol pemanas air, sehingga panas pada

pemanas air yang digunakan dapat terkontrol sesuai dengan kebutuhan.

Perancangan merupakan tahap awal dalam pembuatan alat pada Tugas

Akhir ini. Pada tahap ini dilakukan perencanaan alat untuk dapat merealisasikan

ide-ide yang telah direncanakan. Untuk merealisasikan ide tersebut dilakukan

persiapan-persiapan yang dibutuhkan dengan berlandaskan teori yang telah

dipelajari sebelumnya, sehingga proses pembuatan alat dapat terstruktur dengan

(13)

Dean Sadewa Arvan, 2012

33 3.2 Tahap Perancangan

Dalam perancangan alat ini, penulis melakukan langkah-langkah sebagai

berikut :

 Membuat diagram blok sistem

 Mencari data-data yang dibutuhkan

 Mempelajari prinsip kerja dari alat yang akan dibuat

 Menentukan rangkaian dasar

 Melakukan percobaan alat

3.3 Spesifikasi Alat :

Dalam pembuatan alat ditentukan spesifikasi sebagai berikut :

 Tegangan input rangkaian : 220 Volt

 Tegangan input DC charger : 16 Volt

 Tegangan output DC charger : 12 Volt

 Tegangan input inverter : 12 Volt

 Tegangan output inverter : 220 Volt

3.4 Diagram Blok

Berikut ini adalah skema diagram blok dalam perencanaan

perancangan alat yang terdiri dari:

1) Rectifier sebagai charging untuk batterai

(14)

Dean Sadewa Arvan, 2012

34

3) Inverter sebagai rangkaian utama yang fungsinya mengubah dari DC

menjadi AC

Sumber AC Battery Charger Accumulator Inverter Heater

Gambar 3.1 Diagram Blok

3.5 Prinsip Kerja Alat

Pada saat arus mengalir langsung ke beban, sumber AC terhubung ke

transformator step down. Transformator ini digunakan untuk menurunkan

tegangan AC yang kemudian diubah menjadi tegangan DC untuk keperluan

pengisian akumulator atau batterai.

Tegangan dari jala – jala PLN sebesar 220 volt diturunkan dengan

transformator step down menjadi 16 volt, karena tegangan yang diperlukan untuk

pengisian batterai adalah tegangan DC dan tegangan dari transformator adalah

masih berupa tegangan AC, maka tegangan dari transformator disearahkan dengan

dioda.

Dalam proses charging, terdapat SCR yang berfungsi untuk mendeteksi

tingkat pengisian batterai. Pada saat pengisian dapat dilihat dengan menyalanya

lampu LED, saat mengisi lampu LED menyala dan saat tidak mengisi lampu LED

padam.

Pada saat supply aliran jala – jala dari PLN terputus, maka supply

tegangan DC dari batterai masuk menuju rangkaian inverter yang akan mengubah

(15)

Dean Sadewa Arvan, 2012

35

yang berfungsi untuk penguat dan pembangkit untuk mengahasilkan tegangan

AC.

3.6 Rangkaian yang digunakan

3.6.1 Rangkaian Charger

Rangkaian charger yang digunakan pada alat ini sangat penting, karena

tujuan dari pembutan charger ini adalah untuk pengisian battery atau accumulator.

Tanpa pengisian battery dengan charger, maka pengisian battery harus dilakukan

secara manual diluar rangkaian otomatis.

Pada prinsipnya cara kerja dari pengisian atau charging battery atau

accumulator adalah secara bersamaan dengan adanya sumber listrik dari jala-jala

PLN. Dengan demikian pengisian ini masih tergantung dari sumber litrik PLN

ataupun generator AC, karena saat ada sumber listrik dari jala – jala PLN proses

pegisian accumulator akan terus berlangsung sebelum accumulator penuh dan saat

sumber jala – jala PLN terhenti atau terputus maka proses pengisian tidak dapat

dilakukan atau terhenti.

Trafo D1 D2 D3 D4 R2 R1 R3 R4 R5 R7 R6 Rv C1 C2 D5 SCR1

SCR2 SCR3 SCR4 D6

12 V 220 V 16 V

Gambar 3.2 Rangkaian Charger

(16)

Dean Sadewa Arvan, 2012

36

 Resistor (R1) : 2,2 KΏ

(R2) : 270 Ώ

(R3,5) : 47 KΏ

(R4,7) : 1 KΏ

(R6) : 220 Ώ

 VR (Trimpot) : 5 KΏ

 Kapasitor (C1) : 220 µF / 25 V

(C2) : 0,1 µF / 50 V

 Dioda (D1) : 1N5402

(D2,4) : 1N4148

(D3) : LED

(D5) : ZD 6,2 V

(D6) : 1N4002

 SCR 1,2,3 : 2SC2274

 SCR 4 : C106D

 Trafo (P) : 0 – 220 V

(S) : 0 – 16 V

Rangkaian charger yang digunakan bersifat otomatis. Pada rangkaian

pengisi battety seperti yang disebutkan pada gambar diatas terdapat suatu

rangkaian sistem yang mempunyai peranan sangat fital untuk mendeteksi

pengisian battry. Setelah rangkaian penyearah arus terus mengalir menuju R2, R3

kemudian Dl yang pada akhirnya akan menuju ke D3 dengan ditunjukkan

(17)

Dean Sadewa Arvan, 2012

37

dan memberi gate pada SCR2, dengan diberikannya gate pada SCR2 akan bekerja

dari posisi NO (tidak terhubung) nnenjadi ke posisi NC (terhubung).

Dengan bekerjanya SCR2 maka arus sumber akan mengalir ke R7 dan

akan memberikan gate pada SCR3, sehingga pada akhirnya akan memberikan gate

pada SCR4, kemudian SCR4 akan bekerja dengan didentikkan terhubungnya

kontak NO menjadi kontak NC. Maka sumber listrik akan terhubung dari sumber

yang telah disearahkan dengan dioda menuju ke accumulator. Hal ini dikarenakan

sumber dari pengisi battery tegangannya lebih tinggi dari pada baterai. Proses ini

akan terus berjalan selama besarnya tegangan sumber pengisi battery belum sama

dengan tegangan accumulator.

Setelah mengalami kesetimbangan antara tegangan accumulator dengan

tegangan sumber pengisi, maka proses pengisian akan terhenti secara otomatis,

hal ini dikarenakan arus akan mengalir menuju VR dan juga R10 yang pada

akhirnya akan memberikan gate pada SCR1 sehingga sumber tegangan positif

akan terhubung Short Circuit dengan negatif. Dengan demikian semua rangkaian

kontrol pengisian accumulator akan berhenti bekerja yang pada akhirnya sumber

dari pengisi battery akan terputus dengan membukanya kontak pada SCR4. Dan

proses ini teriadi secara sesaat sehingga akan kembali pada kondisi semula.

Selama terjadi proses pengisian dapat dilihat dengan menyalanya lampu

indikator. Komponen yang paling dominan pada rangkaian otomasi ini adalah

Silicon Control Rectifier (SCR). SCR akan mendeteksi tingkat pengisian battery,

(18)

Dean Sadewa Arvan, 2012

38

rangkaian charger akan memberikan indikasi berupa padamnya lampu indikator

pengisian.

3.6.2 Rangkaian Inverter

Inverter merupakan suatu alat yang berfungsi sebagai pengubah tegangan

DC menjadi AC.

Gambar 3.3 Rangkaian Inverter

Daftar komponen:

 Resistor (R1) : 1 KΏ

(R2) : 220 Ώ

(R3,4) : 4,7 KΏ

 VR (Trimpot) : 5 KΏ

 Kapasitor : 100 µF

 Dioda (D1) : 1N5402

(D2) : LED

 IC (1) : CD 4047

(2) : LM 324

(19)

Dean Sadewa Arvan, 2012

39

Sumber DC yang dihasilkan batterai akan dialirkan melalui penghantar

menuju suatu rangkaian inverter. Hal yang harus diperhatikan pada saat

pemasangan dioda tidak boleh terbalik atau bias reverse ataupun juga pemberian

tegangan DC tidak boleh terbalik antara kutub positif dan negative. Dioda yang

ada pada rangkaian inverter berfungsi untuk penyearah ataupun pengaman agar

tidak salah memberikan tegangan DC.

Rangkaian terhubung disekitar IC CD 4047 yang beroperasi sebagai multivibrator pada frekuensi 50 Hz. Output multivibrator ini kemudian diteruskan ke IC LM 324 untuk mengalami penguatan, setelah dari IC LM 324 maka

(20)

Dean Sadewa Arvan, 2012

50 BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil data dan laporan penulisan tugas akhir ini, maka penulis mengambil

kesimpulan sebagai berikut :

1. Pemanas air mandi dengan menggunakan sumber accumulator ini, dapat tetap

digunakan apabila tidak menggunakan sumber listrik dari PLN, yaitu dengan

menggunakan inverter sebagai pengubah daya DC pada accumulator menjadi

AC untuk dapat digunakan sebagai sumber daya heater.

2. Inverter yang digunakan merupakan suatu rangkaian yang dibuat oleh penulis,

dengan menghasilkan tegangan 12 Volt, lalu menggunakan trafo step up,

sehingga tegangan output yang dihasilkan oleh inverter menjadi 220 Volt,

dan telah berhasil digunakan heater 150 Watt untuk memanaskan air.

3. Accumulator yang digunakan mempunyai battery charger, yaitu suatu

rangkaian tersendiri untuk mengisi kembali arus accumulator yang telah

digunakan untuk mensuplai daya pada pemanas air mandi agar accumulator

yang ada tetap dapat digunakan.

4. Rangkaian battery charger ini mempunyai tegangan input 220 Volt, tegangan

(21)

Dean Sadewa Arvan, 2012

51

accumulator telah digunakan, dan secara otomatis pengisian accumulator

akan berhenti apabila accumulator sudah penuh.

5.2 Saran

Pada pembuatan alat ini, penulis tidak lepas dari beberapa masalah yang

muncul, baik itu masalah alat, dan lain-lainnya. Oleh karena itu, penulis ingin

menyampaikan saran-saran, yaitu:

 Cari dan tentukan rangkaian inverter mana yang akan digunakan,

karena ternyata tidak semua rangkaian dapat berhasil digunakan, pilih

yang daya outputnya sesuai dengan yang diinginkan.

 Perhatikan accumulator yang akan digunakan, sebaiknya accumulator

yang akan digunakan dalam keadaan penuh, agar dapat memberikan

(22)

Dean Sadewa Arvan, 2012

DAFTAR PUSTAKA

Achmad Rahman, (2012). Keterampilan Elektronika, Penerbit Ganeca Exact, Bandung

Kadir, Abdul, Prof. IR.,pengantar teknik tenaga listrik., jakarta :LP3ES, 1991

Muhammad H. Rashid. (1998). Power Electronics, 2th ed. New York: Prentice- Hall International, Inc.

P. Van Harten, (1992). Instalasi Listrik Arus Kuat 2, Penerbit Bina Cipta, Bandung

Paice. D . A, (1995). Power Electronic Converter Harmonics, Institute of Electrical and Electronics Engineers, New York

R. Adi . Drs, (1999). Prinsip Alat-alat Pemanas, Penerbit Angkasa, Bandung

Wasito S. (2001). Vademekum Elektronika. Jakarta: Gramedia Pustaka Utama.